Нагрузки и коэффициенты надежности по нагрузке
Основное назначение несущих строительных конструкций состоит в воспринятая действующих на них эксплуатационных нагрузок. Действующие на конструкцию нагрузки по времени действия делятся на постоянные и временные.
К постоянным относятся нагрузки: от собственной массы частей зданий и сооружений, в том числе массы несущих и ограждающих строительных конструкций; от массы и давления грунтов (насыпей, засыпок); от воздействия предварительного напряжения конструкций.
Временные нагрузки подразделяются на длительные, кратковременные и особые. К длительным относятся нагрузки - от массы стационарного оборудования (станков, аппаратов, моторов, емкостей, конвейеров), а также массы жидкостей, давления газов и сыпучих тел (заполняющих оборудование, трубопроводы и емкости в процессе их эксплуатации); на перекрытия складских помещений, холодильников, зерно- и книгохранилищ, архивов, библиотек и др.; от одного мостового или подвесного крана (умноженные на коэффициенты 0,5 для кранов среднего режима работы и 0,7 — для кранов тяжелого и весьма тяжелого режимов работы); часть снеговой нагрузки; сюда же относятся длительные температурные воздействия от стационарного оборудования; воздействия неравномерных деформаций основания, не сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта.
Основные виды кратковременных нагрузок: от подвижного подъемнотранспортного оборудования (кранов, тельферов и др.); от массы людей, деталей, ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования; возникающие при перевозке и монтаже строительных конструкций, при монтаже и перестановке оборудования; от массы временно складируемых на строительстве изделий и материалов и т. д.; от оборудования, возникающие в пускоустановочном, переходном и испытательном режимах; остальная часть снеговой; ветровая.
Кроме постоянных, длительных и кратковременных существуют также особые нагрузки: сейсмические и взрывные воздействия; вызываемые резким нарушением технологического процесса, неисправностью оборудования — обрыв канатов, удар о преграду, удар кранов о тупиковый упор; вызванные неравномерной деформацией основания, сопровождающейся коренным изменением структуры грунта (оттаивание вечномерзлых грунтов, замачивание просадочных грунтов); воздействия вследствие деформаций земной поверхности под влиянием горных разработок и др.
Железобетонные конструкции по предельным состояниям первой группы разрешается рассчитывать с выделением из состава кратковременных нагрузок и воздействий тех нагрузок, для которых суммарная длительность их действия за срок службы сооружения весьма мала (нагрузки: ветровая, от кранов; особые, вызванные деформациями просадочных, набухающих и вечномерзлых грунтов).
Виды сочетания нагрузок. Перечисленные виды нагрузок действуют обычно в различных сочетаниях друг с другом. В расчетах необходимо учитывать наиболее неблагоприятные, но физически возможные сочетания нагрузок. Для расчета строительных конструкций различают сочетания двух видов: основные и особые. В основные сочетания усилий входят их значения от постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, в особые сочетания — усилия от постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок. Нагрузки, входящие в сочетания усилий, в некоторых случаях умножают на коэффициенты сочетаний. В основные сочетания входят усилия от постоянных и длительных нагрузок, а также одной из кратковременных, которые берутся полностью (т. е. коэффициентами сочетаний, равными 1), или же усилия от постоянных и длительных нагрузок с коэффициентами сочетаний, равными 1 и от кратковременных (в количестве не менее двух) с коэффициентами сочетаний, равными 0,9. В особые сочетания усилия от кратковременных нагрузок входят с коэффициентами сочетаний, равными 0,8.
Составляя сочетания, в них вводят усилия от временных нагрузок, только физически возможных. Например, при расчете на крановые нагрузки можно учитывать силы торможения (+7") только при одновременном учете вертикальной нагрузки от крана, так как при отсутствии крана в рассматриваемом пролете не может быть и силы торможения.
Составляя основные сочетания усилий от нагрузок, в качестве одной из кратковременных нагрузок принимают: нагрузку от людей, мебели и ремонтных материалов на всех учитываемых перекрытиях (с учетом снижающего коэффициента); от кранов (вертикальная или вертикальная вместе с горизонтальной), ветровую или гололедно-ветровую; снеговую; монтажную.
При расчете по первой группе предельных состояний (несущая способность) конструкцию рассчитывают на действие расчетных нагрузок, при расчете по второй группе предельных состояний конструкцию рассчитывают на действие нормативных нагрузок (см. ниже).
Нормативные нагрузки и коэффициенты надежности по нагрузке. Произведение этих величин называют расчетной нагрузкой. Значения нормативных величин постоянных нагрузок от собственной массы строительных конструкций определяют по проектным размерам конструкций и по нормативным (среднестатистическим) значениям плотностей материалов с учетом фактической массы, приведенной заводами-изготовителями, или по установленным для них стандартам.
Коэффициент надежности по нагрузке принимают дифференцированно в зависимости от характера нагрузок. Например, для нагрузки от массы конструкций, оборудования и грунтов имеют следующие значения:
Конструкции бетонные, железобетонные, каменные, армокаменные и деревянные ... 1.1 (0,9)
Конструкции металлические ... 1,05(0,9)
Конструкции из легких бетонов (плотностью менее 1600 кг/м3), а также изоляционные, выравнивающие и отделочные элементы конструкций (плиты, скорлупы, рулоны, засыпки, стяжки и т. п.), выполняемые:
в заводских условиях 1,2 (0,9)
на строительной площадке 1,3 (0,9)
Грунт в природном залегании (к плотности) ... 1,1 (0,9)
Насыпной грунт (к плотности) ... 1,15 (0,9)
Нагрузка от стационарного оборудования, заполнения его сыпучими телами, суспензиями, шламом, от погрузчиков, каров и изоляции ... 1,05
Нагрузки от заполнения оборудования технологическими жидкостями, от давления грунтовых вод ... 1,1
Нагрузки от заполнения трубопроводов сыпучими телами, от давления воды в стадии испытания емкостей ... 1.
Примечание. (0,9) — коэффициент, применяемый при расчете на устойчивость при опрокидывании. скольжении н всплытии, т. е. тогда. когда уменьшение постоянных нагрузок играет неблагоприятную роль.
Величины временных равномерно распределенных нормативных нагрузок и коэффициентов надежности по нагрузке для помещений некоторых гражданских и производственных зданий следующие:
Квартиры, комнаты детских садов и яслей, спальные комнаты школ-интернатов и домов отдыха, палаты санаториев, больниц и других лечебных заведений ... 1500 Па; 1,3
Комнаты общежитий, гостиниц, научных н административных учреждений, бытовые помещения промышленных предприятий, классные комнаты, читальные залы ... 2000 Па; 1,2
Вестибюли, коридоры и лестницы в зданиях (за исключением учебных заведений) ... 3000 Па; 1,2
Аудитории, залы (столовых, кафе, ресторанов) ... 3000 Па; 1,2
Книгохранилища, архивы, трибуны для стоящих зрителей, сцены зрелищных предприятий (по действительной нагрузке, но не менее) ... 5000 Па, 1.2
Чердачные помещения (дополнительно к нагрузке от массы оборудования и материалов) ... 700 Па; 1.4... 1.2
Балконы, лоджии ... 4000 Па; 1,3
Места складирования и хранения материалов и изделий по технологическим данным, но не менее ... 1500 Па; 1,4..1,2
Величина снеговой нагрузки зависит от высоты снегового покрова в данной местности и конфигурации кровли. Нормативная снеговая нагрузка для различных географических районов СССР определяется статистическим способом:
Значения рn для различных районов СССР лежат в пределах от 500 до 2500 Па. Значения с зависят от угла наклона покрытия. Иногда учитывают варианты загруження с повышенными значениями местной снеговой нагрузки. Это делают при расчете тех элементов несущих конструкций (ферм, балок, колонн и т. п.), для которых эти варианты нагружения являются определяющими.
Значения коэффициента надежности по нагрузке для снеговой нагрузки зависят от соотношения между нормативными нагрузками от собственной массы покрытия и от массы снегового покрова:
Для конструкций, не защищенных от солнечной радиации и предназначенных для работы в южных районах (климатический подрайон IVA согласно главе СНиП 2 01.01—82 «Строительная климатология и геофизика»), при расчете должны также учитываться температурные климатические воздействия.
Элементы сборных конструкций заводского изготовления обычно рассчитывают также на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже - этом случае нагрузка от собственной массы вводится в расчет с коэффициентом динамичности, равным при транспортировании 1,6; при подъеме и монтаже — 1,4. Допускаются более низкие значения указанных коэффициентов динамичности, если это подтверждено опытом применения конструкций, но не ниже 1,25 (подробнее см. гл. 13).